SLAC ने 100-अॅटोसेकंद हार्ड X-ray पल्सचा विक्रम नोंदवला

अतिवेगवान X-ray विज्ञानासाठी नवा मापदंड

अमेरिकेच्या ऊर्जा विभागाच्या SLAC National Accelerator Laboratory येथे असलेल्या Linac Coherent Light Source (LCLS) मधील संशोधकांनी X-ray free-electron laser मध्ये आतापर्यंत नोंदवलेल्या सर्वात कमी कालावधीच्या उच्च-ऊर्जा X-ray पल्स मोजल्या आहेत. नोंदवलेल्या पल्सची फोटॉन ऊर्जा सुमारे 9 किलोइलेक्ट्रॉनव्होल्ट होती आणि त्यांचा कालावधी 100 ते 400 अॅटोसेकंद होता.

एक अॅटोसेकंद म्हणजे एका सेकंदाच्या अब्जाव्या भागाचा अब्जावा भाग. या कालमानावर संशोधकांना इलेक्ट्रॉनच्या हालचालीसह पदार्थातील अत्यंत वेगवान प्रक्रियांचा अभ्यास करायचा आहे. हे निष्कर्ष Nature Photonicsमध्ये प्रकाशित झाले.

हा परिणाम केवळ पल्सच्या कालावधीमुळे महत्त्वाचा नाही, तर पथकाला तो कालावधी मोजता आला म्हणूनही महत्त्वाचा आहे. SLACचे संशोधक आणि अभ्यासाचे लेखक Agostino Marinelli यांच्या मते, उच्च-ऊर्जा अॅटोसेकंद X-ray पल्स निर्माण करण्याचे तंत्र अनेक वर्षांत आत्मसात झाले; पल्स केवळ काहीशे अॅटोसेकंदांच्या होत्या हे दाखवणे अधिक कठीण काम होते.

हार्ड X-ray वेग आणि भेदनक्षमता एकत्र आणतात

या प्रयोगात हार्ड किंवा उच्च-ऊर्जा X-ray वर लक्ष केंद्रित करण्यात आले. सुमारे 9-keV पल्स अणु प्रणालींच्या आत खोलवर तपासणी करण्याइतक्या ऊर्जावान आहेत आणि अतिवेगवान कालमानावर इलेक्ट्रॉनची हालचाल टिपण्याइतक्या अल्पकालीनही आहेत. हे संयोजन पदार्थाचा त्याच्या सर्वात लहान आणि वेगवान पातळ्यांवर अभ्यास करू इच्छिणाऱ्या प्रयोगांसाठी महत्त्वाचे ठरते.

X-ray free-electron laser साठी उपयुक्त वैज्ञानिक क्षमता सिद्ध करण्यासाठी केवळ लहान पल्स पुरेशा नसतात. संशोधकांना पल्सची ऊर्जा, स्पेक्ट्रम, आकार आणि कालावधी निश्चित करण्याची पद्धत आवश्यक असते. अशा diagnostic शिवाय अचूक वेळेवर अवलंबून असलेल्या प्रयोगांसाठी आवश्यक विश्वासार्हतेने अतिलघु पल्सची पुष्टी करता येत नाही.

पल्स diagnostic म्हणून fluorescenceचा वापर

अभ्यासाचे प्रमुख लेखक आणि University of Tokyoचे Ichiro Inoue यांनी amplified spontaneous emission किंवा ASEवर आधारित अप्रत्यक्ष मापन पद्धत सुचवली. तीव्रतेने केंद्रित केलेली X-ray पल्स एखाद्या पदार्थाला उत्तेजित करून त्यातून पुढच्या दिशेने fluorescence निर्माण करते, तेव्हा ASE घडते. मूळ X-ray पल्सविषयीची माहिती या उत्सर्जित fluorescenceमध्ये साठलेली असते.

LCLS प्रयोगात पथकाने अॅटोसेकंद X-ray असलेली मानली गेलेली beam तयार केली. beamचा काही भाग तिची ऊर्जा आणि स्पेक्ट्रल आकार मोजणाऱ्या detectorकडे पाठवण्यात आला. उर्वरित beam copper foilवरील केवळ 150 नॅनोमीटर रुंद ठिपक्यावर केंद्रित करण्यात आली. या परस्परसंवादातून ASE निर्माण झाले आणि ते दुसऱ्या detectorने टिपले.

मूळ beamच्या मोजमापांसोबत fluorescence signalचा वापर करून संशोधकांना X-ray पल्सचे गुणधर्म, त्यात कालावधीचाही समावेश, अनुमानित करता आले. या diagnosticने हार्ड X-ray पल्स 100 ते 400 अॅटोसेकंदांच्या श्रेणीत असल्याचे पुरावे दिले.

मापन महत्त्वाचे का आहे

अतिलघु-पल्स संशोधनात अभ्यासल्या जाणाऱ्या घटनेशी वेळ मोजण्याचे साधन जुळवणे आवश्यक असते. दीर्घ कालमानावर दिसणाऱ्या रासायनिक बदलांपेक्षा इलेक्ट्रॉनची हालचाल खूप वेगाने घडू शकते. काहीशे अॅटोसेकंद टिकणारी पल्स, तत्त्वतः, दीर्घ X-ray flashesच्या तुलनेत अधिक स्पष्ट temporal window देऊ शकते.

त्यामुळे नव्याने दाखवून दिलेले diagnostic हार्ड अॅटोसेकंद X-ray निर्मितीमध्ये एक महत्त्वाची व्यावहारिक क्षमता जोडते. पल्सच्या कालावधीबाबतच्या गृहीतकावर अवलंबून न राहता, beamमध्ये अतिवेगवान प्रयोगासाठी आवश्यक गुणधर्म आहेत की नाही हे संशोधक तपासू शकतात.

वैज्ञानिक उपकरणांच्या प्रगतीत प्रायोगिक पद्धतींची भूमिकाही हे काम दाखवते. नोंदवलेला विक्रम beam generation, नॅनोमीटर-स्तरीय focusing, copper target आणि दोन पूरक मापनांच्या संयोगातून साध्य झाला. अतिवेगवान beamला मोजता येण्याजोग्या निष्कर्षात रूपांतरित करण्यासाठी प्रत्येक घटक आवश्यक होता.

पुढे काय

सर्वात लहान आणि वेगवान पातळ्यांवरच्या कामासाठी या पल्स मौल्यवान असल्याचे मूळ लेखात नमूद केले आहे. उच्च-ऊर्जा X-ray अणु प्रणालींची तपासणी करू शकतील आणि अॅटोसेकंद timingमुळे वेगवान इलेक्ट्रॉनिक वर्तन स्पष्ट होऊ शकेल, अशा अभ्यासांकडे हा दृष्टिकोन निर्देश करतो. नव्या पल्सने निरीक्षण केलेल्या एखाद्या विशिष्ट पदार्थाचे किंवा प्रक्रियेचे वर्णन या निष्कर्षात नाही; तो पल्सची क्षमता स्थापित आणि सत्यापित करतो.

LCLS आणि व्यापक X-ray free-electron-laser क्षेत्रासाठी ही प्रगती एक नवा मापन मापदंड आहे: सुमारे 9 keV फोटॉन ऊर्जा आणि 100 अॅटोसेकंदांपर्यंत कमी होणारा कालावधी असलेल्या हार्ड X-ray पल्स, ज्यांची ASE-आधारित diagnosticद्वारे पुष्टी झाली आहे. हार्ड X-rayची भेदनक्षमता आणि अॅटोसेकंद विज्ञानाची temporal resolution दोन्ही आवश्यक असतील, तेव्हा भविष्यातील प्रयोग या पायावर पुढे जाऊ शकतात.

मुख्य मुद्दे

• LCLSने 100 ते 400 अॅटोसेकंद टिकणाऱ्या हार्ड X-ray पल्स मोजल्या.
• या पल्सची फोटॉन ऊर्जा सुमारे 9 keV होती.
• पथकाने अप्रत्यक्ष diagnostic म्हणून copper foilमधून निर्माण झालेल्या amplified spontaneous emissionचा वापर केला.
• हा अभ्यास Nature Photonicsमध्ये प्रकाशित झाला.

हा लेख Phys.orgच्या वृत्तांकनावर आधारित आहे. मूळ लेख वाचा.